PI3K/Akt/mTOR信号通路抑制剂在转移性结直肠癌中的研究进展

刘 琦，郝朗松※，张东兴，王超宇，李沁宇，何 奎

(1.遵义医科大学研究生院，贵州 遵义563000; 2.贵州省人民医院普外科，贵阳550002)

结直肠癌(colorectal cancer，CRC)是全球范围内最常见的恶性肿瘤之一，全球每年有60万人死于此病，已成为世界上第三大恶性肿瘤，也是癌症致死的第4大原因[1]。40%～50%的CRC患者会进展为转移性结直肠癌(metastatic colorectal cancer，mCRC)[2]。由于国内缺乏完善的结肠癌筛查方案，导致大部分CRC患者在就诊时已经发生转移，15%～20%的CRC患者初次手术时已发生肝转移，而术后2年肝转移复发者高达50%[3]。基于常规治疗方法不能有效改善mCRC患者的预后，分子靶向药物应运而生。靶向药物除明显延长晚期患者的总生存期外[4-6]，其高度的特异性更是适应了当下精准治疗的要求，但无论是单克隆抗体还是信号通路抑制剂，除天然耐药患者外，单一药物的使用均可能会导致患者获得性耐药和各种严重并发症，使治疗失败。联合靶向药物治疗是目前单靶向药物治疗效果欠佳的主要替代治疗方案。

磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信号通路在人类多种肿瘤中被异常激活，包括乳腺癌、胰腺癌、非小细胞肺癌、CRC等[7]，为提高mCRC患者的生存率，已开始对相关信号通路的靶向抑制剂进行深入研究。现就PI3K/Akt/mTOR信号通路抑制剂在mCRC治疗中的应用进展进行综述。

1 PI3K/Akt/mTOR信号通路与mCRC的关系

目前，CRC治疗方式的选择主要依据疾病的分期，因此正确分期至关重要。研究表明，PI3K/Akt/mTOR通路的激活是从PIK3CA被跨膜酪氨酸激酶生长因子受体激活开始的，然后通过磷酸化和去磷酸化反应激活Akt，进而刺激结节硬化症1(tuberous sclerosis 1，TSC1)/TSC2复合物生成Ras蛋白脑组织同源类似物，使Ras蛋白脑组织同源类似物激活mTOR；激活后的mTOR主要是通过mTORC1和mTORC2两个复合物调控核糖体激酶P70s6k和真核细胞翻译起始因子4 E结合蛋白1，然后分别控制特定亚组信使RNA的翻译，进而调节蛋白质的合成，从而在细胞增殖、侵袭、转移以及代谢等过程中发挥重要作用[8-9]。目前学术界认为，CRC进展加速是PI3K/Akt/mTOR信号通路的PIK3CA基因突变以及第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因(gene of phosphates and tensin homologue deleted on chromosome ten，PTEN)表达丢失造成的，PIK3CA突变与CRC病灶的位置、组织分化程度以及免疫组织化学类型密切相关。研究显示，PIK3CA突变可降低CRC腹膜转移的危险[10]。KRAS突变被认为是mCRC患者产生获得性表皮生长因子受体(epithelial growth factor receptor，EGFR)抗体耐药性的主要驱动因素，而突变的BRAF、PIK3CA以及PTEN也已被证实存在于EGFR信号转导途径，多位点的基因突变导致肿瘤信号转导的复杂性，这也就解释了EGFR单克隆抗体靶向治疗mCRC患者药物使用时间延长与患者疾病进展时间未能形成明显促进关系的原因，也正因为如此，单一分子靶向药物作为一线用药的进程被逐渐延长[11]。除此之外，缺氧诱导因子-1α作为mTORC1下游的调节单位，其蛋白水平的调控除受到环境氧浓度的影响外，也可通过干扰PI3K/Akt信号途径中缺氧诱导因子-1α的表达，影响CRC细胞的增殖活性，从而降低CRC细胞的耐药性，这也进一步证明了深入研究PI3K/Akt/mTOR信号通路抑制剂的必要性。

2 PI3K/Akt/mTOR信号通路抑制剂

PI3K/Akt/mTOR通路可通过多种分子机制在肿瘤细胞中异常激活，包括PIK3CA、PTEN、Akt、TSC1、TSC2、丝氨酸/苏氨酸激酶11、mTOR等癌基因或肿瘤抑制基因的多种基因组改变，这些改变可发生在多种肿瘤类型中。通过研究PI3K/Akt/mTOR靶向通路抑制剂，从而阻断信号通路的转导，可能给难治性mCRC患者的治疗带来希望。临床前期试验支持PI3K/Akt/mTOR信号通路抑制剂的潜在疗效，目前抑制剂主要包括PI3K抑制剂、Akt抑制剂、mTOR抑制剂以及PI3K/mTOR双重抑制剂4种。

2.1PI3K抑制剂 PI3K抑制剂作为治疗恶性肿瘤的靶向药物已逐渐获得临床认可。近年来已有10余种PI3K抑制剂问世，其中很多已成功进入临床试验阶段。目前正在研究的PI3K抑制剂主要分为单纯的泛特异性PI3K抑制剂、PI3K亚特异性抑制剂以及PI3K/mTOR双重抑制剂。泛特异性PI3K抑制剂idelalisib(CAL-101)作为美国食品药品管理局批准的首个PI3K抑制剂，现已广泛用于复发/难治性慢性淋巴细胞白血病、滤泡性淋巴瘤以及小淋巴细胞淋巴瘤。Ⅲ期临床试验发现，CAL-101联合利妥昔单抗治疗复发性慢性淋巴细胞白血病的客观缓解率为81%，随后CAL-101/利妥昔单抗被批准用于复发性慢性淋巴细胞白血病的治疗[12]。除此之外，匹拉利塞(pilaralisib、SAR245408、XL147)、Pictilisib(GDC-0941)、布帕利塞(buparlisib，BKM120)等也是目前较为常见的泛特异性PI3K抑制剂，其中Pictilisib是一种可口服吸收的选择性PI3K抑制剂。Bhatia和Thiagarajan[13]发现，索拉非尼与GDC-0941联合用药在常氧和缺氧微环境下均能增强抑制CRC细胞生长活性，联合用药在短期和长期暴露下效果显著。虽然泛特异性PI3K抑制剂较亚特异性PI3K抑制剂有望在特定条件下产生更大的靶向抑制效果，但由于泛特异性PI3K抑制剂和一些异位PI3K抑制剂对突变异构体缺乏选择性，因而其治疗范围受到限制[14]。就目前的研究而言，无论单独使用哪种PI3K抑制剂对mCRC患者进行治疗效果均不显著，这可能与线粒体向细胞膜特定区域移动，增强了肿瘤细胞迁移和侵袭的能力，从而导致患者病情迅速进展有关[15]。与此同时，PI3K抑制剂相关的不良反应如骨髓抑制、肝脏损害也凸显出来。因此，在PI3K抑制剂的研发过程中需将线粒体的功能应答变化考虑在内，必须结合线粒体的变化情况治疗恶性肿瘤。

2.2Akt抑制剂 Akt位于PI3K/Akt信号转导通路的核心位置，其过度表达和激活通常与化疗或放疗耐药性有关，虽然目前还未有Akt抑制剂在临床上使用，但Akt相关的抑制剂已进入临床试验阶段，如哌立福新(P)、MK-2206、GSK2141795、GDC-0068等。Bendell等[16]研究发现，未接受哌立福新的氟尿嘧啶耐药的mCRC患者与接受哌立福新的氟尿嘧啶耐药的mCRC患者的疾病进展时间分别为9.0周和17.6周，总生存期为6.5个月和15.1个月，且腹泻、恶心、疲劳以及口腔炎等不良反应与常规化疗药相比未增加。

目前，MK-2206已通过胰腺实体瘤、肾细胞癌的Ⅱ期临床试验，安全性也得到了进一步的验证[17-18]。LoRusso[7]通过体外培养原始CRC细胞，并使用MK-2206处理一定时间后发现，MK-2206能明显抑制原始CRC细胞的生长，在临床试验中也得出类似的结论，证明MK-2206单一药剂可在体外和体内发挥抗肿瘤活性。此外，在临床试验中还发现MK-2206能增强5-氟尿嘧啶的抗肿瘤活性[7]。Do等[19]认为，CRC的发生与PI3K/Akt/mTOR信号通路的失调相关，约60%的CRC病例发生Akt多途径表达，这时单一用药常会导致耐药性，采用MK-2206与司美替尼联合用药治疗该类患者发现，靶向调控未达到预先设定的标准。因此MK-2206的临床应用还未有定论，关于其治疗机制的研究还需要进一步探索。

2.3mTOR抑制剂 mTOR抑制剂主要包括雷帕霉素及其衍生物，其中第一代抑制剂西罗莫司(CCI-779)和依维莫司(RAD001)能特异性抑制mTORC1或同时抑制mTORC1和mTORC2，具有浓度和时间依赖性抑制多种肿瘤细胞的生长，增加肿瘤细胞对化疗药物的敏感性，促进肿瘤细胞凋亡。虽然雷帕霉素类似物已获得美国食品药品管理局批准而用于肾细胞癌、胰腺神经内分泌肿瘤、结节性硬化症以及绝经后晚期乳腺癌等的治疗[20]，但用于mCRC患者还在临床试验阶段。临床前研究发现，西罗莫司可通过下调缺氧诱导因子-1α和血管内皮生长因子的表达，发挥抗CRC血管生成的作用[21]。另有研究证实，单用西罗莫司仅可以使38%(24/64)的KRAS突变的mCRC患者获得疾病稳定，但中位生存期仅维持40 d；替西罗莫司与伊利替康联合应用可使中位生存期由45 d提高至84 d[22]。替西罗莫司与血管内皮生长因子抑制剂贝伐单抗联用还能改善存在PIK3CA突变和(或)PTEN丢失或突变的mCRC患者的部分缓解率和完全缓解率[23]。关于西罗莫司治疗mCRC的报道较少，其临床疗效还需要进一步验证。除此之外，单独使用依维莫司在晚期mCRC患者中并无活性，试验结果主要表现为患者对单一药物耐药性的增加，从客观数据上来看，mCRC患者的总生存期并未显著延长[23]。最新研究证实了伊立替康、帕尼单抗以及依维莫司联合应用在Ⅰb/Ⅱ期临床研究中的安全性和有效性，且能够克服mCRC患者对EGFR抑制剂的抗性，对于KRAS野生型mCRC患者，部分缓解率可达到60%，疾病无进展生存时间由5.3个月升至6.4个月，总生存期的中位数由10.6个月上升至11.8个月[24]。但是无论是单药还是联合用药，血小板减少、皮炎、口腔炎、低磷血症仍然是第一代mTOR抑制剂常见的不良反应。

第一代mTOR抑制剂多为选择性较差的mTORC1抑制剂。有研究认为，PI3K/Akt、胞外信号调节激酶/促分裂原活化的蛋白激酶通路的激活和负反馈抑制作用的弱化是由于缺乏选择性的mTORC1抑制剂引起的，进而导致抗肿瘤效果显著减弱[25]。目前正在研究的选择性mTORC1/2 抑制剂、ATP竞争性mTOR激酶抑制剂以及具有mTOR抑制活性的天然中药成分在此背景下应运而生。目前选择性mTORC1/2抑制剂主要有pp242、ink128、Torin1、way-600以及AZD8055。Chen等[26]发现，AZD8055可通过抑制Akt和S6激酶1的磷酸化诱导G0/G1细胞周期停滞，从而抑制CRC细胞增殖并诱导其凋亡。国外研究报道，AZD8055联合其他通路抑制剂作用于CRC细胞移植的小鼠模型，可增加抗肿瘤药物的活性，且不良反应如恶心、黏膜炎等与其他mTOR抑制剂相似[27]。

2.4PI3K/mTOR 双重抑制剂 PI3K/mTOR双重抑制剂最初主要作为PI3K抑制剂使用。PI3K/mTOR双重抑制剂与其他PI3K抑制剂的结构、底物特性、激活机制以及功能不同，其能同时抑制mTORC1和mTORC2，现主要用于针对mTOR高表达的肿瘤的分子靶向治疗。目前研究的PI3K/mTOR双重抑制剂包括PI103、NVPBEZ235、GSK2126458、SF1126等，PI-103是一种选择性p110α的特异性抑制剂，能选择性强效抑制mTORC1和mTORC2，且能够抑制多种肿瘤细胞的增殖及侵袭[28]，虽未发现在mCRC中的作用，但在其他一些转移性肿瘤细胞系如淋巴瘤、黑色素瘤、乳腺癌及肺癌中均显示出抗增殖作用，但因PI-103水溶性较差而未能进入临床研究[29]。NVP-BEZ235通过靶向mTOR复合物和p110的ATP结合位点抑制mTORC1/mTORC2和PI3K的α、β及γ亚基，导致PI3K/Akt途径的完全阻断。在临床前期试验中，NVPBEZ235作为单一药物是有效的，与已形成体系的抗癌药物(硼替佐米、长春新碱、多柔比星或美法仑)联合应用效果更佳[30]。有研究发现，由NVP-BEZ235引起的CRC细胞增殖减少不是通过破坏线粒体的潜力实现的，而是通过显著降低mTORC1的下游靶标真核细胞翻译起始因子4E结合蛋白1(Thr70)和mTORC2的下游靶标Akt(Ser473)的磷酸化水平实现降低CRC细胞的增殖活性[31]。SF1126(Semafore)虽为LY294002的前体药物，但更具水溶性、抗细胞增殖性及血管生成活性等临床优势[32]。

3 展 望

PI3K/Akt/mTOR信号通路在mCRC细胞的侵袭、细胞周期进程、血管形成及耐药性产生中发挥重要作用，深入研究此信号通路作用靶点的抑制剂已成为当下靶向治疗mCRC的重要方向。目前PI3K/Akt/mTOR通路抑制剂单药或联合其他化疗药或靶向药物用于mCRC治疗的试验已取得了一些成果，但如何才能使mCRC患者的靶向治疗最大限度地获益还需要更深入的研究。目前肿瘤的免疫疗法已获得国际的高度认可，而新近研究发现，PI3K/Akt/mTOR通路的激活在T细胞免疫球蛋白结构域-4相关肿瘤进展中也发挥重要作用[33]。新辅助树突状细胞疫苗佐剂通过影响PI3K/Akt/mTOR以及其他肿瘤表面蛋白的相关通路而减弱体细胞突变，也可达到免疫治疗的目的[34]。但这些发现是否为PI3K/Akt/mTOR通路抑制剂辅以免疫疗法治疗难治性mCRC患者奠定基础尚不明确，还需要更多的临床试验进一步验证。